高中生物-光合作用的过程教学设计学情分析教材分析课后反思

PAGE1PAGE必修一第五章细胞的能量供应和利用能量之源——光与光合作用一、教学目标确立依据（一）课程标准要求说明植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量，这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中，转换并储存为糖分子中的化学能。（二）教材分析本节内容是人教版高中生物必修１分子与细胞第5章第4节《能量之源──光与光合作用》的教学内容。光合作用在高中生物的整个教材中都是处于重要地位。“光合作用”在绿色植物的新陈代谢以及生态系统的物质循环和能量流动中，具有十分重要的意义，是本章的重点，也是高考的重要内容。绿色植物的新陈代谢包括水分代谢、矿质代谢、有机物和能量的代谢三个部分，其中有机物和能量的代谢是通过光合作用和呼吸作用共同实现的。光合作用是合成有机物、储存能量的过程，呼吸作用是分解有机物、释放能量的过程。绿色植物的光合作用具有非常重要的意义，是生物界最基本的新陈代谢。（三）学情分析学生在初中生物课中学习过有关光合作用的知识，而且生活实践中也对光合作用有所了解。但是，对于光合作用的发现历史却很陌生，关键对于我们这节课要达到的目标“科学探究的一般方法”知之甚少。高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。在教学过程中，教师要尽量创设学生活动的机会，让学生成为学习活动的主体，教师只是为学生的学习提供必要的指导和知识铺垫。二、教学目标1.通过资料分析，探究光合作用的过程。（科学思维、科学探究）2.阐明光合作用过程中贯穿着物质变化和能量变化。（生命观念、科学思维、科学探究）3.树立良好的生态意识，参与环境保护实践，保护好我们的地球。（社会责任）三、评价设计1.在了解生物学事实的前提下，通过分析、归纳、推理等活动，自主构建光合作用过程的概念体系。2.通过达标检测掌握学生的学习情况。四、教学方法本节教学过程采取教师引导下的学生自主探究式学习。在学生已有的初中知识的基础上，以科学家研究光合作用的经典实验为主线，通过不断提出探究课题创设探究情境，在分析实验结果的基础上，归纳得出结论，进而构建光合作用的概念。同时可以使学生在学习知识的同时，学习探索生命科学的基本方法，体验科学的设计思想，感悟科学的思维方法，发展科学探究的能力，养成思考、实践和创新的学习习惯，提高自身的科学素养。教学流程设计教师的组织和引导学生活动设计意图导入PPT展示。绿色植物是窃取天火的普罗米修斯，它所获取的光和热不仅养育了地球上的其他生物，而且使巨大的涡轮机旋转，使诗人的笔挥舞。——季米里亚捷夫师问：为什么季米里亚捷夫对绿色植物这么高的评价呢？师板书：光合作用的过程PPT展示学习目标。师：我们回顾一下初中学习的光合作用的过程，反应物、产物是什么呢？师板书反应式。师：你能想象向一台机器中加入CO2和H2O，就能制造出有机物吗？那叶绿体是如何做到的呢？这个问题太复杂了，我们把它具体化，分解为若干可以研究的问题。这也是我们处理复杂问题行之有效的手段。学生选取一名代表有感情地朗读。生答：绿色植物可以进行光合作用。学生阅读。生答：反应物是CO2和H2O，产物是糖类和O2以名人名言导入本节的内容，可以增加学生的学习兴趣。同时也可以增加生物学的人文情怀。一.光合作用释放的O2来源于CO2还是H2O师：我们研究的第一个问题是：O2来源于什么？请大家推测一下，你认为O2可能有几个来源？分别是什么？师：我们来看一下科学家是如何研究这一问题的。PPT展示实例1。实例1：1930年，VanNiel发现某些光合细菌在光光照下，可利用CO2、硫化氢进行细菌光合作用，在产生有机物的同时，产生单质硫，但不释放氧气。光CO2＋H2S有机物＋S师问：请参照光合作用的反应式，你能推测出O2来源于CO2还是H2O？师：我们是根据这2个过程有部分相同的属性，从而推出它们的其他属性也相同。这种方法叫做类比推理。类比推理的结果一定是正确的吗？师：虽然类比推理的结果不一定正确，但它为我们以后的研究指明了方向，这也是科学研究中必不可少的方法之一。科学家又陆续做了多组实验来探究这一过程。PPT展示实例2。实例2：1937年，英国植物学家希尔（R.Hill）从绿色植物的叶肉细胞中分离出叶绿体制成悬浮液，发现在适宜的条件下给分离出的叶绿体溶液以光照，离体的叶绿体在没有CO2存在的条件下，放出了唯一的气体——O2。师问：通过实例2你认为O2来源于谁？师：在这一实验的基础上，1941年鲁宾和卡门又进行了一组更有说服力的实验。PPT展示实例3。实例3：1941年，鲁宾(美)和卡门(美)用小球藻进行实验：向第一组小球藻提供C18O2和H2O，向第二组小球藻提供CO2和H218O。在其他条件都相同的条件下，分析两组实验释放出来的O2。师问：1.鲁宾和卡门采取的科学方法是什么？2.通过实例2你认为O2来源于谁？生答：3个。①来源于CO2②来源于H2O③来源于CO2和H2O生答：来源于H2O生答：不一定。生答：可能会有2种情况。①来源于H2O②来源于CO2和H2O生答：1.同位素标记法2.H2O让学生把所有可能的情况分析出来，再借助史实进行分析，排除可能的情况，就可以得出正确的答案。根据实例2可以排除O2来源于CO2这种情况。让学生学会科学的思维方法。让学生体会科学是不断发展的。二、叶绿体中，伴随H2O分解的同时还发生了哪些变化？师：我们解决了O2的来源，那么伴随着H2O分解的同时还发生了哪些变化？PPT展示实例4。实例4：1954年，美国科学家阿尔农（D.I.）用离体的叶绿体做实验，同样无CO2，在给分离的叶绿体以光照时，当向反应体系中供给ADP、Pi和H受体时，发现除生成O2外，会有ATP和[H]产生。如果不提供光照的话，O2、ATP和[H]都不会产生。【思考】[H]中的H元素来源于什么？ATP生成需要的能量来源于什么？H2O分解的能量来源于什么？请总结出在这个过程中有哪些物质变化？能量变化？师：请先独立完成思考题，然后小组统一答案。师总结：1.[H]在呼吸作用是NADH，还原型辅酶Ⅰ。在光合作用为NADPH，还原型辅酶Ⅱ。水的光解、ATP的合成需要光能才能进行，所以我们把这个过程称为光反应。水的光解、ATP的合成所需的光能必须由色素吸收、传递、转化之后才能被利用。我们知道色素存在于类囊体薄膜上，所以光反应的场所在类囊体薄膜。PPT展示光反应的过程。自主完成后小组讨论H2O光能光能物质变化：水的光解、ATP的合成。能量变化：光能→ATP中活跃的化学能。让学生学会探索生命科学的基本方法。让学生体会结构和功能相适应的生物学观。三、CO2是如何转化为葡萄糖等有机物的？师：刚才我们已经研究了水参与反应的过程，另外一位主角CO2还未登场，那么下面我们就来研究一下CO2发生了哪些变化？这个过程发生在叶绿体基质中。在这个过程中，做出巨大贡献的科学家是卡尔文。因为这个过程有光无光都可进行，我们称之为暗反应。为了纪念卡尔文做出的巨大贡献，我们也把这个过程称之为卡尔文循环。PPT展示卡尔文生平及照片。师问：1.如果你是卡尔文，你会选择什么方式来追踪CO2的去向？2.你会选择标记C元素或是O元素？原因是？PPT展示卡尔文的实验装置并进行介绍。师：卡尔文实验装置中有一个扁平的内含小球藻的透明玻璃容器。卡尔文选择了小球藻进行实验，前面我们介绍的鲁宾和卡门也选取小球藻作为实验材料，小球藻作为实验材料有何优点呢？师：事实上，卡尔文还选择了其他高等植物进行平行实验。在所有的植物中，机理是相同的。在实验中，通过计时，时间到了之后可以打开阀门，小球藻就进入热酒精中被杀死。然后把小球藻中的物质通过双向纸层析法进行分离，再通过放射自显影进行检测。PPT展示卡尔文双向纸层析法和放射自显影的结果。PPT展示卡尔文发现的部分中间产物。师：这是卡尔文发现的部分中间产物。这是一项浩大的工程。植物光合作用的几分钟，卡尔文用了十年的时间才弄清楚它的机理。卡尔文的成功得益于14C的发现和双向纸层析法的发明，生物学的发展离不开技术的推动。但是所有的成功，努力都是必不可少的。希望同学们也能以卡尔文为榜样，以努力作为基石，向自己心目中的理想目标迈进。现在我们回过头来接着研究这个过程，我们把过程简化，研究里面几种物质的变化。请阅读导航中的实例5，独立完成思考题后，小组统一答案。PPT展示实例5。实例5：卡尔文给予实验装置不同时间的光照，分别检测装置中的放射性物质。结果如下：（1）光照30秒后，检测到了多种带14C标记的化合物。（2）将光照时间缩短到5秒时，检测到14C出现在一种五碳化合物（C5）和葡萄糖中。（3）将光照时间继续缩短为0.5秒时，发现一种三碳化合物（C3）占全部放射性的90%。【思考】请根据实验结果，分析CO2中C的转移路径是什么？师：接下来科学家开始研究CO2是如何生成C3的，在这个过程中卡尔文发现当突然降低14CO2的供给时，短时间内三碳化合物含量会降低，五碳化合物会积累。怎么会出现这种情况呢？小组讨论。PPT展示实例6。实例6：卡尔文发现当突然降低14CO2的供给时，短时间内三碳化合物含量会降低，五碳化合物会积累。思考：为什么突然降低14CO2的供给时，五碳化合物会积累？那么推测一下，14CO2是与何种物质结合形成三碳化合物的？师：根据光合作用的反应式，CO2是反应物，C3是中间产物，而叶绿体中原本就存在着C5，在整个暗反应过程中C5可以循环使用。这一步成为CO2的固定。接下来我们来研究C3是如何变化的？PPT展示实例7。实例7：阿尔农（D.I.）用离体的叶绿体做实验，在黑暗条件下，只要给分离的叶绿体提供了C3、ATP和[H],叶绿体就能生成糖类等有机物，同时ATP和[H]含量急剧下降。如果不提供ATP和[H],叶绿体无法产生糖类等有机物。卡尔文发现：突然停止光照，C3的含量会升高，C5的含量会降低，有机物的含量会降低。【思考】ATP和[H]可参与暗反应的哪一阶段？2.请总结出暗反应过程中的物质变化？能量变化？PPT展示暗反应的过程。学生阅读。生答：1.同位素标记法。C元素。因为C元素只参与了暗反应。生答：代谢强；培养条件容易控制；物质容易提取。生先独立完成后小组统一答案。生答：CO2→C3→（CH2O）+C5学生小组讨论。生答：14CO2+C5→C3生先独立完成后小组统一答案。生答：1.C3+ATP+[H]→（CH2O）+C52.物质变化：CO2的固定和C3的还原。能量变化：ATP中活跃的化学能变成有机物中稳定的化学能。让学生培养出对科学家的热爱和崇拜之情。让学生学会科学的思维方法，掌握科学探究的能力。对学生进行情感态度价值观教育，让学生明白科学发展的历程，培养学生的优良品质。对学生进行科学思维的培养，运用科学的思维方法来解决问题。四、光合作用的过程的图解。在导航中完成，小组讨论并进行修正。使学生建立光合作用的整体观点。展示光合作用整个过程的视频。师：在光合作用的过程中，光反应为暗反应提供ATP和[H]，暗反应为光反应提供ADP和Pi。如果没有光反应，暗反应无法进行，如果没有暗反应，光反应也无法进行，它们是和谐统一的整体。理解光反应和暗反应之间的联系。五、光合作用情况总结及现状师：科学家对光合作用分子机制的研究经历了近百年的时间，诞生了多位诺贝尔奖的获得者。PPT展示诺贝尔奖的获得情况。师：这也并不意味着我们已经完全清楚光合作用的机理。PPT展示C4光合碳同化途径的发现。师：植物的光合碳同化途径具有多样性，反映了植物对生态环境多样性的适应。同时我们也可以看到科学是无止境的，人类对科学的探索也是无止境的，期待你们取得更大的成绩。师：地球上所有生物的有氧呼吸都是吸收O2放出CO2，而维持大气中O2和CO2的平衡依赖于植物的光合作用，据计算，三棵大树每天所吸收的CO2，约等于一个人每天呼出的CO2。而我们又做了什么呢？我国一年人均耗纸量为1.81棵12米高的大树。我国每年为生产一次性筷子要耗费木材166万立方米，需砍伐2500万棵大树，减少森林面积200万立方米。这绝不是你想要的地球。PPT展示生态环境被破坏的现状。师：请爱护我们的地球，从点滴做起！生观看PPT。让学生理解科学的发展道路是曲折的，无止境的。对学生进行社会责任的培养，树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，形成生态意识，参与环境保护时间。板书设计5.4光合作用的过程光合作用的反应式二、光合作用的过程教学反思：本节课以教师精心筛选编排的典型科学研究史为切入点，以众多事实的支撑得出光合作用的过程。创设探究的问题情境，引导学生感知科学史料中的生物学事实，并开展分析、推理等思维活动，自主构建相关过程的概念体系。在学习知识的同时，学习探索生命科学的基本方法，体验科学的设计思想，感悟科学的思维方法，发展科学探究的能力，养成思考、实践和创新的学习习惯，提高生物学科核心素养。《光合作用的过程》学情分析学生在初中生物课中学习过有关光合作用的知识，而且生活实践中也对光合作用有所了解。但是，对于光合作用的发现历史却很陌生，关键对于我们这节课要达到的目标“科学探究的一般方法”知之甚少。高中学生具备了一定的观察和认知能力，分析思维的目的性、连续性和逻辑性也已初步建立，但还很不完善，对事物的探索好奇，又往往具有盲目性，缺乏目的性，并对探索科学的过程与方法及结论的形成缺乏理性的思考。在教学过程中，教师要尽量创设学生活动的机会，让学生成为学习活动的主体，教师只是为学生的学习提供必要的指导和知识铺垫。《光合作用的过程》效果分析本节课以季米里亚捷夫的名言导入，学生一开始就表示出浓厚的兴趣，使学生带着兴趣投入本节课的学习中。本节课的内容比较抽象，从初中学过的知识逐渐过渡到高中的知识体系中，由已知到未知，由简单到复杂。通过本节课的学习，学生重温了光合作用的探索历程，对光合作用的过程有了更新的理解，对这个过程本质的考虑也更透彻。学生自主构建的光合作用的概念图，所有小组都能完成，部分小组完成得非常漂亮。达标检测学生完成得非常好，说明光合作用的核心已经完全掌握了。《光合作用的过程》教材分析本节内容是人教版高中生物必修１分子与细胞第5章第4节《能量之源──光与光合作用》的教学内容。光合作用在高中生物的整个教材中都是处于重要地位。“光合作用”在绿色植物的新陈代谢以及生态系统的物质循环和能量流动中，具有十分重要的意义，是本章的重点，也是高考的重要内容。绿色植物的新陈代谢包括水分代谢、矿质代谢、有机物和能量的代谢三个部分，其中有机物和能量的代谢是通过光合作用和呼吸作用共同实现的。光合作用是合成有机物、储存能量的过程，呼吸作用是分解有机物、释放能量的过程。绿色植物的光合作用具有非常重要的意义，是生物界最基本的新陈代谢。《光合作用的过程》观课记录这节课对学生的科学思维有很好的锻炼，整节课以科学史为主线进行，学生在整个过程中体会到了科学发现的乐趣，让学生自己进行探索，培养学生的科学思维和方法。教师在本节课中精心选择各种史实，环环相扣，指令明确，让学生逐步构建光合作用的过程。教师在教学过程中贯彻培养学生的社会责任，培养学生造福人类的态度和价值观，形成良好的生态意识，参与环境保护实践。整体来看，教师在教学过程中重视学生的主体地位，注重各方面能力的培养。《光合作用的过程》评测练习一、选择题1.如图是绿色植物内细胞代谢的某一阶段的简图，下列说法错误的是()A．a过程是指CO2的固定B．b过程是指三碳化合物的还原C．c过程完全在线粒体内完成D．a、b、c三过程都需要酶参与CO2＋H2Oeq\o(→,\s\up7(c))物质A2.有关如图所示模拟实验的叙述，正确的是()A．甲和乙都不产生气泡B．甲产生气泡与光有关C．甲和乙都产生气泡，气泡成分不同D．甲和乙都产生气泡，气泡成分相同3.如图表示3株脱淀粉（经充分“饥饿”处理）的长势相同的同种植物放在透光的不同钟罩内，以下关于本实验的目的最准确的叙述是（）A.证明光合作用的必需条件是CO2B.证明光合作用的速率随CO2浓度增高而增大C.证明过多的CO2阻碍光合作用D.证明NaOH能促进光合作用4.下图表示光照下叶肉细胞中A、B两种细胞器间的气体交换，下列有关此图的叙述正确的是()A．在黑暗中A将停止生理作用B．A结构能产生ATP，B结构不能产生ATPC．植物正常生长时，B结构产生的O2全部被A结构利用D．夜晚适当降温，能降低A结构的生理功能，白天适当升温，B结构的生理功能提高比A结构更显著，故白天适当升温，夜晚适当降温能增加农作物的产量5．关于叶肉细胞在光照条件下产生ATP的描述，正确的是（）A．无氧条件下，光合作用是细胞ATP的唯一来源B．线粒体和叶绿体合成ATP都依赖氧C．有氧条件下，线粒体、叶绿体和细胞质基质都能产生ATPD．细胞质中消耗的ATP均来源于线粒体和叶绿体6．科学家研究CO2浓度、光照强度和温度对同一植物光合作用强度的影响，得到实验结果如右图。请据图判断下列叙述不正确的是（）A．光照强度为a时，造成曲线II和III光合作用强度差异的原因是CO2浓度不同B．光照强度为b时，造成曲线I和II光合作用强度差异的原因是温度的不同C．光照强度为a～b，曲线I光合作用强度随光照强度升高而升高D．光照强度为a～c，曲线I、III光合作用强度随光照强度升高而升高7.植物光合速率受多种环境因素的影响。下图表示在不同环境条件下某植物的光合速率变化情况，相关叙述正确的是（）A．光照强度为1时，植物光合速率极低，细胞中ATP的含量几乎为0B．光照强度和CO2浓度一定时植物光合速率随着温度升高而不断加快C．光照强度在5~6时，植物光合速率随光照强度升高而升高D．光照强度一定时，CO2浓度对光合速率的影响比温度的影响明显8．如图表示温度对植物光合作用和呼吸作用的影响，有关说法错误的是（）A．随着温度的升高，呼吸作用速率将逐渐加快B．温度从5℃变为35℃的过程中，有机物的积累量(CO2相对值)先增加后减少C．呼吸作用相关酶和光合作用相关酶的最适温度不同D．温室栽培蔬菜时，温度最好控制在25～30℃9.右图表示光合作用与呼吸作用过程中物质变化的关系，下列说法错误的是（）A.②过程需多种酶参与，且需ATP供能B.适宜条件下，③过程在活细胞中都能进行C.⑤过程产生的供生命活动能量最多D.①③④过程产生的[H]都能与氧气结合产生水10.下列关于植物光合作用和呼吸作用的叙述，正确的是（）A.光合作用和呼吸作用都是能量转化过程B.光合作用产生的ATP有一部分用于呼吸作用C.光合作用进行的同时不一定都伴随着呼吸作用的进行D.呼